内殻励起による選択的結合切断反応：超高速電子移動計測によるアプローチ

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23550017
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 和田 真一 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60304391)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2015-03-31
• キーワード: 内殻励起反応 / サイト選択的結合切断 / 共鳴オージェ電子分光 / Core-hole clock法 / 自己組織化単分子膜（SAM）

研究実績の概要

内殻電子励起特有のサイト選択的結合切断反応が表面分子系で顕著に見出される要因として、「反応部位から基板への電荷の有効な散逸により二次的反応が極度に抑制される」との申請者らの仮説を検証するため、主鎖を導電性が高い芳香環に置き換えたメチルエステル修飾自己組織化単分子膜（SAM）を試料として用意した。高エネルギー加速器研究機構での飛行時間型イオン質量分析（TOF）測定から脱離イオン種毎の収量スペクトルを得たが、申請者が今回考案した選択性の解析手法を用いることで、各SAMにおけるイオン脱離の選択性を、反応メカニズムと関連付けて定量的に評価・比較することができた。
一方、各種SAM試料の炭素および酸素内殻励起領域における共鳴オージェ電子分光測定を広島大学の放射光HiSORで実施した。特にイオン化しきい値以下のπ*およびσ*共鳴励起状態でオージェ電子分光計測を行い、電子移動速度をそのオージェ遷移強度の分岐比から評価した。このことから、分子鎖の違い（芳香鎖か脂肪鎖か、および鎖長の違い）による電子伝導性の変化を評価することができた。
共鳴オージェ電子分光を利用したcore-hole clock法による高速電子移動速度の計測は、特定の共鳴励起状態で計測したオージェ電子スペクトルから、共鳴オージェ成分と励起電子の金基板への失活による正常オージェ成分とを抽出し、その成分比から励起電子の失活の速さ（電子移動速度）を見積る。有機分子の表面単分子吸着系ではこの共鳴オージェと正常オージェのスペクトル上のオーバーラップが大きいため、定量的な評価方法の検討が必要であった。本課題では、メチルエステル反応部位では炭素よりも酸素励起の方がそのオージェスペクトルの違いが明瞭であることを見出し、定量的な評価方法を確立することに成功した。そしてサイト選択的結合切断反応に相関した非常に速い電子移動速度を見積ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Covariance mapping of two-photon double core hole states in C2H2 and C2H6 produced by an X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mucke, V. Zhaunerchyk, L.J. Frasinski, J.H.D. Eland, M. Larsson, L. Foucar, J. Ullrich, K. Motomura, S. Mondal, K. Ueda, T. Osipov, L. Fang, B.F. Murphy, N. Berrah, C. Bostedt, J.D. Bozek, S. Schorb, M. Messerschmidt, O. Takahashi, S. Wada, M.N. Piancastelli, K.C. Prince, and R. Feifel 他10名
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoplasma formation by high intensity hard X-rays (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tachibana, Z. Jurek, H. Fukuzawa, K. Motomura, K. Nagaya, S. Wada, P. Johnsson, M. Siano, S. Mondal, Y. Ito, M. Kimura, T. Sakai, K. Matsunami, H. Hayashita, J. Kajikawa, X.-J. Liu, E. Robert, C. Miron, R. Feifel, J.P. Marangos, K. Tono, Y. Inubushi, M. Yabashi, S.-K. Son, B. Ziaja, M. Yao, R. Santra, and K. Ueda
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation of site-selective bond breaking induced by resonant core-excitations (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Wada
  • 学会等名: Workshop on "Present Challenges in Surface Science and Photon Driven Phenomena at Interfaces"
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2015-04-23 – 2015-04-24
  • 招待講演
• [学会発表] Prospect for investigating photopolymerization dynamics at SACLA (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Wada
  • 学会等名: HeKKSaGOn Discussion meeting on ultrafast chemistry
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2015-04-18 – 2015-04-18
  • 招待講演
• [学会発表] 内殻励起反応計測から探る有機単分子膜の高速電荷移動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 和田真一、古賀亮介、林下弘憲、小川舞、梶川隼平、平谷篤也
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 草津市
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [学会発表] 内殻励起ダイナミクス計測から探る有機単分子膜の高速電荷移動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 和田真一、古賀亮介、林下弘憲、小川舞、梶川隼平、平谷篤也
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会
  • 発表場所: 東広島市
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] Evaluation of molecular charge transfer dynamics by site-selective ion desorption and resonant Auger electron measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Wada, Ryosuke Koga, Hironori Hayashita, Mai Ogawa, Jumpei Kajikawa, Kenichiro Tanaka, Atsunari Hiraya
  • 学会等名: 30th European Conference on Surface Science (ECOSS-30)
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] New progress in photoscience with X-ray free electron laser (XFEL) (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Wada
  • 学会等名: The 2014 Japan-Korea Student Workshop Hiroshima University & Pusan National University
  • 発表場所: Higashi-Hiroshima, Japan
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-13
  • 招待講演